JPH0387606A - 管状品の自動測定方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、小径・中径管などの管状品の各種寸法を自
動的に測定する方法およびその装置に関するものである
。

〔従来技術とこの発明が解決しようとする課題］製造さ
れた管は、その内径、外径、肉厚、真円度等が許容範囲
内にあるか測定する必要があるが、１５＾〜２５０Ａ（
外径２０〜２５０Ｉｎ１１）の小径・中径管においては
、マイクロメーター、ノギスを使用して人手で測定する
より他に方法がなかった。

しかしながら、このような人手測定では、次のような問
題点がある。

（ｉ）　　規格合否は、Ｍａｘ及びＭｉｎ値で判定しな
ければならないが、Ｍａｘ＋　Ｍｉｎを確実に検出する
のが難しい。

（ｔｉ）　　測定者間のばらつきがあり、また同一人で
も再現性が低い。ある調査では（５人が各１０回測定） 外径　Ｍａｘ　　：２１．６０〜２２．８１Ｍ１ｎ　　
：２１．０８　〜２１２８ の結果がある。

（ｉｉｉ）　　能率的にオンライン製造速度に間に合わ
ないため、抜き取り検査によるしかないのが実情である
が、小径管においては、サイズにより４０００Ｐ／Ｈｒ
にも達し、抜き取り頻度が少なくなり、品質管理上問題
となる。

（ｉｖ）　　内面形状の判定としては、例えばアンダー
カットの場合、便宜的に第７図のような定義をせざるを
得ない。すなわち、ビードを含む１５°以内におけるＭ
ａｘ−Ｍｉｎ−偏肉が０．４０ｍｍ以下を合格としてい
る。しかし、この方法では、急峻な形状と比較的平滑な
部分との差別化が不可能であり、例えば抽伸鋼管として
使用する場合には、偏肉値が許容範囲内であっても、す
し状のシャープな形状が抽伸加工後もすしとして残って
しまう。

（Ｖ）　　第８図に示すような、いわゆるおむすび状の
形状については、外径のＭａｘは何点も存在し、真円と
は異なるにもかかわらず、人手による方法では異常値の
検出が困難である。

（ｖｉ）　　第１０図に示すような、所謂鼻曲がりがあ
る管状品でも、正確な形状の測定を行うことができない
。

（ｖｉ）　　鋼管の実用的な使用法の一つとして鋼管内
にライニング用の塩ビ管等を挿入して使われる場合があ
り、この場合には、従来の内径の不正確なＭｉｎ値では
保証できないので、第９図に示すようなプラグ通しテス
トにより検査しているが、作業が非常に面倒であると共
に、多種類のプラグを用意しなければならない。

なお、管の各種寸法を自動的に測定する手段として、特
開昭５８−１６０８０５号公報には、レーザー変位計を
大口径鋼管に対して相対移動させて溶接部近傍の形状や
開先部の形状を測定する方法、特開昭６３−５８１３２
号公報、　５８１３７号公報には管軸に沿って移動し、
かつ管軸の回りを回転する光学式変位計により、管内面
の形状を測定する装置、実開昭６０−８８１０号公報に
は、管の端面に対向して旋回アームを設け、この旋回ア
ームに距離センサーを管の半径方向に移動可能に取付け
た装置が提案されている。

しかしながら、これらの手段は、大径管の溶接部や開先
の測定、あるいは管の内面あるいは外面の測定であり、
目的、要求条件の自ずと異なる小径、中径管の自動測定
にはそのまま適用できない。

この発明は、前述のような問題点を解消すべくなされた
もので、その目的は、小径・中径管の各種寸法を正確か
つ迅速に測定し得る管状品の自動測定方法およびその装
置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明においてば、第１図に示すように、レーザー変位
計ＩＡ、　ＩＢを管状品Ｐの内面側および外面側に配設
し、これらレーザー変位計ＬＡ、　１Ｂを管状品Ｐの中
心軸ｌを中心にして旋回させ、内面全周および外面全周
にわたる変位検出値をその回転位置に対応させて演算処
理装置３に取り込み、管状品の中心軸ｌとレーザー変位
計ＩＡの旋回中心のずれを補正し、この補正値を評価基
準値と比較して合否判定し、または前記補正値を用いて
測定ブロフィールを表示するようにしたものである。

また第１Ｏ図に示すように、管状品Ｐの外面側に配設さ
れるレーザー変位計１Ａを、管状品Ｐの軸方向へも複数
個配設するとし、管状品Ｐの管端からの異なる位置を測
定することにより、管状品Ｐの軸方向での変位検出値も
、その検出位置に対応させて演算処理装置３に取り込む
ようにする。そしてこの管状品Ｐの軸方向での変位検出
値、所謂鼻曲り測定値を活用して、管軸とある角度をも
って測定された管端形状値を補正する。

そして中心軸ｌとレーザー変位計１Ａの旋回中心のずれ
は、次に示す円の最小二乗推定法を用いて補正すること
ができる。

データ列（ｘｉ、ｙ、）ｉ＝１．・・・、Ｎを（ｘ−ａ
）”　＋　（ｙ−ｂ）”　＝ｒ”　　　　−−・（１）
で近似してａ、ｂ、ｒを求める。このためには、Ｌ−Σ
（（Ｘｌ　−ａ）”　＋（ｙｔ　−ｂ）”　−ｒ”　）
”が最小となるａ、ｂ、ｒを決定すればよい。

即ち、 ×ｒ　　　　　　＝０　　・　・　・（４）の代数方程
式を解くことに帰着する。これらの式は次のように簡略
化できる。

Σ　（Ｘｌ（Ｘｉ　　　　ａ）”＋ｘｔ（ｙｉ、　　　
　ｂ）”　　　　ｘｉ　　・　ｒ”）＝Ｏ・・・（２゛
） Σ　（ｙｔ（ｘｉ−ａ）”−ｙｔ（ｙｔ−ｂ）”−ｙｔ
　　・　ｒ　２）＝０　・・・（３゛） ΣＣ（ｘｔ−ａ）”＋（ｙｚ−ｂ）！−ｒ”）＝０　・
・・（４″） このようにして求めたａ、ｂ、ｒにより生データを補正
する。

また第７図に示すような急峻な形状に対しては、次のよ
うな多点移動平均法を用いて検出する。

■　生データをそれぞれ異なる次数で移動平均を行い、
その差を求める。

■　生データＲ（＊）に対して、一般の差分の定義 Δ＝Ｒ（ｉ十Ｍ）　−Ｒ（ｉ　−Ｍ） に基づき求める。通常Ｍ＝１程度では近すぎて変化が小
さいことから、Ｍ＝３〜５程度を選択する。

さらに第１０図および第１１図に示すような鼻曲り状態
である形状に対しては、第１．第２の二個のレーザー変
位計ＩＡ、　ＩＡを管周方向に回転し、ＣＰＵ演算によ
ってａ、ｂ両断面の仮想中心０．．０２を決定し、基準
からの距離ｄ＋　’、　ｄｚ’　の差Δｄ゛を「鼻曲り
値」とする。

そしてこのようにして求めた鼻曲り値＝Δｄ′により、
仮想中心○３，０２を結ぶ線と、基準との角度（鼻曲り
角度）θ′を、 で求める。なおここでＬは、第１．第２の両レーザー変
位計ＬＡ、　ＬＡの距離である。

さらにこのθ°によりａ断面（管端）の形状を補正計算
することにより、その形状の正確性を向上させる。即ち 補正計算　ｒ”＝　（（ｘ　　ａ）”　　（ｙ　　ｂ）
”）　ｃｏｓθ”を行って、第１３図に示す見做は測定
形状から、第１４図に示す補正後の形状とするように生
データを補正する。

前述のような方法を実施する装置としては、管状品Ｐの
半径方向外方に位置し、管状品外面の変位を検出する外
面側レーザー変位計ＩＡと、管状品Ｐの端面に対向して
位置し、光路変更ミラー２により前記外面変位検出位置
と同じ位置で管状品内面の変位を検出し得る内面側レー
ザー変位計ＩＢと、これら両レーザー変位計ＩＡ、　１
Ｂが取付けられ、管状品Ｐの中心軸ｌを中心として回転
可能な支持部材４と、この支持部材４を回転させる駆動
モータ５と、レーザー変位計ＩＡ、　１Ｂからの検出信
号を演算処理する演算処理装置３を備えたものを用いる
。

また鼻曲り状態を補正する場合は、外面側レーザー変位
計ＩＡを、管状品Ｐの半径方向外方位置で管状品Ｐの軸
方向へ、第１０図に示すように複数個（この実施例では
二個〉設置する。そして管状品外面の周方向および軸方
向の変位をも検出できるようにする。

外面側レーザー変位計ＩＡは市販のレーザー変位計を用
いることができるが、内面側は管内径により制限を受け
るため、市販のレーザー変位計をそのまま適用できない
。そのため、光路変更ミラー２を管内部へ突出させ、光
路を変更させることによって、１５Ａ以上のサイズに適
用可能とする。

駆動モータ５は、サーボモータとしロータリエンコーダ
６により制御してもよいし、パルスモータを単独で用い
てもよい。

〔作　用〕

レーザー変位計ｌ＾を中心軸ｌの回りに旋回させ、一回
転で１０００〜２０００点の検出点が得られるように回
転制御と検出制御を行う。

外面側レーザー変位計ＩＡにより管外面の変位が、演算
処理装置２のＣＰＵに取り込まれ、光路変更ミラー３を
介して内面側レーザー変位計ＩＢにより管内面の変位が
ＣＰＵに取り込まれる。第３図に示すのが、測定点１０
００点の場合の生データの例である。

この生データを最小二乗法により処理して中心軸ｌとの
ずれを補正し、この補正後の補正値をＣＲＴに表示し、
必要な結果をプリントアウトする。

第４図に示すのが、補正値を円グラフにした強調図形で
あり、測定プロフィールが許容範囲内にあるか、容易に
判定できる。また、そのＭａｘ、　Ｍｉｎ値を抽出して
評価基準値と比較することにより、合否判定が可能であ
ることはいうまでもない。

次に第５図に示すのは、前述の多点移動平均法の■を用
いて、内面の急峻度を算出して表示したものであり、内
面の急峻な形状を容易に検出できる。

また、おむすび状の形状については、第８図に示すよう
に仮想円中心からの半径を利用すれば、真円との差別化
が可能である。さらに、ライニング用塩ビ管等を挿入す
る場合にも、内接円Ｍｉｎ値により挿入可能か容易に判
定できる。

〔実施例〕

第１図および第２図に示すものは、三角法を原理とし、
測定範囲：１０ｍｏｉ、分解能：１μｍ、精度：１０μ
ｍのレーザー変位計１を用いて、外径２０〜２５０ｍｍ
、肉厚２．００〜１０．０鵬の小径・中径管に適用した
例であり、外面側レーザー変位計ＩＡはその投光軸が鋼
管Ｐの半径方向に、内面側レーザー変位計１Ｂはその投
光軸が鋼管Ｐの中心軸方向に沿うように、支持部材４に
取付ける。

レーザー変位計ｌは、半導体レーザー７、リニアアレイ
光検出素子８．投光レンズ９．受光レンズｌＯからなっ
ている。そして内面側レーザー変位計ＩＢにおいては、
突出片１１を介して光路変更ミラー２を設け、投光され
たレーザービームがミラー鋼管内面、ミラーに順に反射
され、光検出素子８に受光されるようにする。

これらレーザー変位計ＩＡ、　１Ｂは、支持部材４にス
ライド機構１２を介して取付けられており、鋼管Ｐとの
半径方向の位置調整ができるようなっている。

また内面側レーザー変位計ＩＢ（第１２図参照）には、
光路変更ミラー２が管状品内へ確実に挿入できるように
、障害物の有無を検出するレーザー変位計からなる保護
機構１９が備えられている。

この保護機構１９は、光路変更ミラー２より、距離ｔだ
け鋼管Ｐ側へずらした位置にレーザー光が出るように配
置されている。そして管軸方向へレーザー光を送信し、
管肉、ハリ、切粉残物等の障害物より反射のないことを
、光路変更ミラー２の挿入前に確認する。

支持部材４は、回転軸１３とクロスローラベアリング１
４により支持架台１５により回転自在に取付け、回転軸
１３にサーボモータ５を接続する。支持架台１５は、鋼
管軸方向に移動自在に基台１６に支持され、適宜の手段
により移動させ鋼管端面から５ｍｍ程度の位置で変位を
測定できるようにする。

基台１６は、適宜の手段により上下動可能とされ、バイ
ブサイズに応じて上下調整し、鋼管中心軸ｌと回転中心
が一敗するようにする。中心ずれに対しては補正が可能
であるため、この調整は容易かつ迅速に行える。なお鋼
管Ｐは、シリンダ１７によって上下するパイプ受け１８
により、ライン位置から上昇・支持される。

次に実際に測定した例を示す。

（１）再現性 ８０Ａのパイプを１０回測定し、その再現性を調査した
。表１に１０回の測定値の偏差（最大値−最小値）を示
す。

（２）手動測定結果との対応 手動測定は、マイクロメータ（分解能０．０１ｍｍ）で
バイブの８方向で実施した。表２に、平均値の結果の対
応を示す。

（３）被測定管の軸と回転中心とのズレの影響ズレはデ
ータ処理によって補正するが、その効果を確認した。

また、第６図に本発明の自動測定による測定結果をプリ
ントアウトした例を示す。

以上により、本発明では、１分／サイクル（ＩＰ）の高
能率で、検査オンライン上で、０．０５ｍｍ以内の誤差
で測定可能であることがわかった。

また、データを主工程へフィードバックさせ、主工程の
制御に反映させることができる。

〔発明の効果〕

前述のとおり、この発明は、管状品の内面および外面の
変位をレーザー変位計によって同時に検出できるように
すると共に、変位検出値をその回転位置に対応させて演
算処理装置に取り込んで中心ずれを補正し、この補正値
と評価基準値と比較判定し、または測定プロフィールを
表示するようにしたため、小径・中経管の各種寸法を再
現性良く、かつ精度良く、迅速に検出することができる
。

また外周測定用のレーザー変位計を複数配置して、管端
からの位置の異なる場所を測定することにより、所謂「
鼻曲り」を計測して合否判定することができる。そのた
め「鼻曲り」測定時のデータを活用して、管軸とある角
度をもって測定された管端形状値を補正し、より正確な
結果を得ることができる。

さらに内面側レーザー変位計による管状品内面の変位を
検出可能とする光路変更ミラーを、管状品内へ確実に挿
入できるように、障害物の有無を検出するレーザー変位
計からなる保護機構が設けられている。そのため管肉、
パリ、切粉残物等の障害物に干渉されず、光路変更ミラ
ーを管状品内へ確実に挿入することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る自動測定装置を示す概略図、
第２図は、その内面側レーザー変位計を示す概略図、第
３図はレーザー変位計による生データを示すグラフ、第
４図は補正値による測定プロフィールを示す円グラフ、
第５図（よ急峻度を示すグラフ、第６図は測定結果をプ
リントアウトした出力例、第７図は内面形状の従来の測
定例を示す概略図、第８図はおむすび形状の測定法を示
す概略図、第９図はプラグ通しテストを示す概略図、第
１０図および第１１図は鼻曲り形状の測定法を示す概略
図、第１２図は保護機構を示す概略図、第１３図および
第１４図は形状補正状態を示す概略図である。 １訃・・・・・外面側レーザー変位計 １Ｂ・・・・・・内面側レーザー変位計２・・・・・・
光路変更ミラー　３・・・・・・演算処理装置４・・・
・・・支持部材、５・・・・・・駆動モータ６・・・・
・・ロークリエンコーダ ７・・・・・・半導体レーザー ８・・・・・・リニアアレイ光検出素子９・・・・・・
投光レンズ、１０・・・・・・受光レンズ１１・・・・
・・突出片、１２・・・・・・スライド機構１３・・・
・・・回転軸 １４・・・・・・クロスローラベアリング１５・・・・
・・支持架台、１６・・・・・・基台１７・・・・・・
シリンダ、１８・・・・・・パイプ受け１９・・・・・
・保護機構。 第 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザー変位計を管状品の内面側および外面側に
   配設し、これらレーザー変位計を管状品のほぼ中心軸を
   中心にして旋回させ、内面全周および外面全周にわたる
   変位検出値をその回転位置に対応させて演算処理装置に
   取り込み、管状品の中心軸とレーザー変位計の旋回中心
   のずれを補正し、この補正値と評価基準値と比較して合
   否判定し、または前記補正値を用いて測定プロフィール
   を表示することを特徴とする管状品の自動測定方法。
2. （２）請求項（１）記載の自動測定方法において、管状
   品の外面側に配設されるレーザー変位計を、管状品の軸
   方向へも複数個配設するとし、管状品の管端からの異な
   る位置を測定することにより、管状品の軸方向での変位
   検出値を、その検出位置に対応させて演算処理装置に取
   り込むことを特徴とする管状品の自動測定方法。
3. （３）管状品の半径方向外方に位置し、管状品外面の管
   状品周方向および管状品軸方向の変位を検出する複数の
   外面側レーザー変位計と、管状品の端面に対向して位置
   し、光路変更ミラーにより前記外面変位検出位置と同じ
   位置で管状品内面の変位を検出し得る内面側レーザー変
   位計と、これら両レーザー変位計が取付けられ、管状品
   の中心軸を中心として回転可能な支持部材と、この支持
   部材を回転させる駆動モータと、前記レーザー変位計か
   らの検出信号を演算処理する演算処理装置を備えている
   ことを特徴とする管状品の自動測定装置。
4. （４）請求項（３）記載の自動測定装置において、管状
   品内面の変位を検出し得る内面側レーザー変位計によっ
   て、管状品内面の変位を検出することができるようにす
   る光路変更ミラーを、管状品内へ確実に挿入できるよう
   に、障害物の有無を検出するレーザー変位計からなる保
   護機構が備えられていることを特徴とする管状品の自動
   測定装置。